Title: Introduction%20
1Introduction à la logique
2Introduction aux fonctions logiques
- Systèmes binaires
- Deux états fondamentaux et distincts
- Vrai/Faux, Marche/Arrêt, Oui/Non.
- Par convention
- Un état est représenté par 0
- Lautre est représenté par 1 .
3La logique Booléenne
- En 1847, George Boole invente une algèbre pour
traiter les variables binaires. - Il écrira The Mathematical Analysis of Logic ,
Cambridge, - Il définit 3 opérateurs de base, ainsi quune
foule de règles et de postulats.
4Types de représentation
- Les fonctions logiques peuvent être représentées
de plusieurs façons - Équations logiques
- Tables de vérités
- Logigrammes
- Diagrammes échelle (Ladder)
- Ces représentations seront introduites avec les
fonctions de base...
5Fonctions logiques de base - NON - ET - OU
6Fonction logique NON
- En anglais NOT
- Représentation
- F A ou F /A
7Fonction logique ET
- En anglais AND
- Représentation
- F A B
8Fonction logique OU
- En anglais OR
- Représentation
- F A B
9Autres fonctions logiques - NAND - NOR -
EXOR - ID (EXNOR) - ...
Portes universelles
10Fonction logique NON-ET
- En anglais NAND
- Représentation
- F A B
11Fonction logique NON-OU
- En anglais NOR
- Représentation
- F A B
Table de vérité
Entrée
Sortie
F
A
B
0
0
1
A
1
0
0
F
1
0
0
B
0
1
1
Symbole graphique
12Portes universelles
- Grâce aux fonctions NAND et NOR, il est possible
de générer toutes les fonctions booléennes. - Ex. Avec NOR
- NON /(AA) /A
-
- ET /(/A /B) //A //B AB
-
- OU /(/(A B)) A B
13Portes universelles
- Grâce aux fonctions NAND et NOR, il est possible
de générer toutes les fonctions booléennes.
A
B
14Fonction OU-EXCLUSIF
- En anglais EXOR
- Représentation
- F A ? B
/BAB/A
/BA
B/A
15Fonction NON OU-EXCLUSIF
- En anglais EXNOR
- Représentation
- F A ? B
/B/ABA
/B/A
BA
16Fonctions de 2 variables
- Il existe 16 fonctions logiques possibles ayant 2
variables.
17Fonctions de 2 variables
F7/(AB)
F0 0
F1 /A./B
F3 /A
F5 /B
F2 /A.B
F6A?B
F4 A./B
18Réalisations des fonctions logiques - circuit
électrique- relais (automatisme)- logigramme
(carte de contrôle, circuit intégré,...)
19Fonction logique NON
- Interrupteur normalement fermé
20Fonction logique ET
- Utilise deux interrupteurs normalement ouvert en
séries.
21Fonction logique OU
- Utilise deux interrupteurs normalement ouvert en
parallèles.
22Fonction logique NON-ET
- Utilise deux interrupteurs normalement fermés en
parallèles.
23Fonction logique NON-OU
- Utilise deux interrupteurs normalement fermés en
série.
24Fonction OU-EXCLUSIF
- Utilise deux interrupteurs à deux contacts
25Fonction NON OU-EXCLUSIF
- Utilise deux interrupteurs à deux contacts
26Exercice (1)
- Il est possible de représenter une fonction
logique en utilisant cette approche. - Ex. F AB /C
27Exercice (2)
28Réalisations des fonctions logiques - circuit
électrique- relais (automatisme)- logigramme
(carte de contrôle, circuit intégré,...)
29Fonctions logiques utilisant des relais
- En automatisation, on utilise les relais pour
réaliser des fonctions logiques. - Le relais est une composante électromécanique.
A
A
A
A
A
30Fonction logique NON
- Relais avec un contact normalement fermé
31Fonction logique ET
- Utilise 2 relais avec des contacts N.O. en
séries.
32Fonction logique OU
- Utilise 2 relais avec des contacts N.O. en
parallèles.
33Fonction logique NON-ET
- Utilise 2 relais avec des contacts N.F. en séries.
34Fonction logique NON-OU
- Utilise 2 relais avec des contacts N.F. en
parallèles.
35Fonction OU-EXCLUSIF
36Fonction NON OU-EXCLUSIF
37Réalisation exercice
Réaliser (avec des circuits électriques et
relais) - F ab c - F (ab /a/b)(bc
/cd) - F (a b c)(/a b/c c)
38L ALGEBRE DE BOOLE
- Un ensemble E possède une structure d'algèbre de
Boole s'il est muni de deux lois de composition
interne associatives et commutatives notées et
- les lois et sont distributives l'une par
rapport à l'autre et admettent un élément neutre
(0 et 1 respectivement) - tout élément de E est idempotent pour chaque loi
x x x et x x x - Tout élément x de E possède un unique élément,
dit complémenté de x, généralement noté
généralement /x , vérifiant la loi du tiers exclu
x /x 1 et le principe de contradiction x
/x 0.Dans cette algèbre, on peut écrire /x
1 - x.
39Lalgèbre Booléenne lois fond.
et sont deux lois de composition interne
- Fermeture
- Si A et B sont des variables Booléennes, alors
AB, AB sont aussi des variables Booléennes. - Commutativité
- A B B A
- A B B A
40Lalgèbre Booléenne lois fond.
- Associativité
- A (B C) (A B) C
- A (B C) (A B) C
- Distributivité
- ET sur OU A(B C) AB AC
- OU sur ET A(BC) (AB)(AC)
? 2(32) ? (23) (22)
41Lalgèbre Booléenne
- Idempotence
- A A A
- A A A
- Complémentarité
- A A 1
- A A 0
- A A
42Lalgèbre Booléenne
- Identités remarquables
- 1 A 1 et 1 A A
- 0 A A et 0 A 0
- Distributivité interne (très utile pour la
simplification algébrique des fonctions
booléennes). - A (B C) (A B) (A C)
- A (B C) (A B) (A C)
43Lalgèbre Booléenne
- Théorème de De Morgan
- (A B) A B
- et
- A B A B
44Lalgèbre Booléenne théorèmes
?
?
?
?
Le complément dune expression quelconque
sobtient en complémentant les variables et en
permutant les opérateurs ET et OU.
45Simplification
Méthode algébrique Appliquer les principes de
lalgèbre de Boole. Méthodes graphiques
Karnaugh Mahoney Méthodes programmables
Utilisation des algorithmes de simplification
algébrique.
46Règles de simplification
Règle 1 On peut simplifier une fonction logique
en regroupant des termes à laide des théorèmes.
ABC AB/C A/BCD
AB(C /C) A/BCD
AB A/BCD
A(B /BCD)
Distributivité /
A(B /B) (BCD)
A(BCD)
Règle 2 On peut ajouter un terme déjà existant
à une expression logique.
ABC /ABC A/BC AB/C
ABC /ABC ABC A/BC ABC AB/C
BC AC AB
47Lalgèbre Booléenne simplification
X X/Y XY (X Y)(X /Y)
X X XY X(XY)
X /XY X Y
X(/X Y) XY
XY /XZ YZ XY /XZ
(XY)(/XZ)(YZ) (XY)(/XZ)
XY X/YZ XY XZ
(X Y)(X /Y Z) (XY)(XZ)
/...
48Lalgèbre Booléenne expression avecdes
fonctions NAND et NOR
Re-écrire l expression de la fonction Z en
n utilisant - que des portes NOR, et puis -
que des portes NAND (après simplification).
Z (x /y z)(x /z) (/x /y)
49Représentations dune fonction logique
- Table de vérité
- Equation logique
50Table de vérité vs logigrammes
- Pour une table de vérité donnée, nous pouvons
trouver léquation logique et le logigramme (ou
diagramme échelle) correspondant - Il faut utiliser lalgèbre de Boole pour
simplifier.
51Table de vérité vs logigrammes
- Construction dune table de vérité
- N variables
- N1 colonnes
- 2N lignes
- Chaque ligne est représentative dune combinaison
des variables parmi les 2N possibles (N
colonnes).
52Table de vérité vs logigrammes
- Exercice.
- Soit un local ayant trois portes identifiées a, b
et c. À proximité de chacune de ces portes nous
trouvons un interrupteur à bascule que les gens
manipuleront lorsquils entreront ou sortiront.
Ces interrupteurs commandent une ampoule qui
éclaire le local. Ainsi, une personne qui entre
par la porte a manipulera linterrupteur
a pour allumer lampoule et cette même
personne sortant par la porte b manipulera
linterrupteur b pour éteindre lampoule.
Lors de linauguration du local, a 0, b 0, c
0, et lampoule L est éteinte (L 0).
53Formes canoniques des équations booléennes
- 1 forme Somme de produits.
- FABC B
- 2 forme Produit des sommes.
- F (AB)(AC)
- 3 forme nutilise que des NAND
- F ABC ABC ABC ABC
- 4 forme nutilise que des NOR
- F (ABC)(ABC)
Ex. Mettre sous la forme 3 lexpression FABC
ABC ABC ABC
Ex. Mettre sous la forme 4 lexpression F(ABC)
(ABC) (ABC) (ABC)
54Table de vérité ? Eq. logique
- Trouver léquation de S. (??)
55Exemple
- Solution
- On construit léquation de S en écrivant tous les
termes donnant S1. - Ainsi, S 1
- si C0 et B1 et A0
- ou si C0 et B1 et A1
- ou si C1 et B0 et A1
- ou si C1 et B1 et A0.
56Exemple
- On peut donc écrire
- S /C.B./A /C.B.A C./B.A C.B./A
- On peut simplifier
- S /C.B B./A C./B.A
- Autre solution possible
- S /C.B C.(A?B)
57Si nous utilisions des relais...
- S /C.B B./A C./B.A B.(/C /A) C./B.A
58La simplification des équations
- La simplification est essentielle.
- Il faut avoir le circuit le plus simple que
possible... - La simplification peut être un processus long si
le système est complexe. - Heureusement, il existe des techniques simples
pour simplifier.
59Méthodes de simplification
- Il est possible d obtenir directement une
équation sous sa forme simplifiée en utilisant
une méthode de simplification graphique. - Méthodes de simplification graphique
- Tables de Karnaugh
- Table de Mahoney
60Principes de base
- Représentation de la table de vérité sous forme
graphique. - Nombre de cases nombre de lignes de la table de
vérité. - Multiple de 2n (1, 2, 4, 8, 16, ...), n Nombre
d entrées - Principe de simplification Deux termes se
simplifient sils ne diffèrent que par le fait
quune variable est présente dans un terme et son
inverse dans lautre terme. - A/B AB A
- On cherche à mettre en évidence les
simplifications possibles (les termes adjacents).
61Exemple (Karnaugh)
Deux termes adjacents par définition mais non
adjacents sur la table de vérité.
Entrées
Sortie
C
B
A
S
BA
0
0
0
0
C
0
0
1
0
00
01
11
10
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
TABLE DE KARNAUGH
1
1
1
1
TABLE DE VÉRITÉ
Deux termes adjacents par définition et adjacents
sur la table de vérité.
62Principes de base (suite)
- À partir de la table, on simplifie en groupant
des 1 adjacents. - La taille dun groupe est un multiple de 2k (1,
2, 4, 8, ...). - Le groupe est soit rectangulaire ou carré.
- Former les plus gands groupes possibles (Termes
plus simples). - Un 1 peut faire partie de plusieurs groupes.
63Exemples de table de Karnaugh
- Avec n 2
- Entrées B et A
- 4 cases
A
B
0
1
00
01
0
10
11
1
64Exemples de table de Karnaugh
- Avec n 3
- Entrées C, B et A
- 8 cases
BA
C
00
01
11
10
000
001
011
010
0
100
101
111
110
1
65Exemples de table de Karnaugh
- Avec n 4
- Entrées D, C, B et A
- 16 cases
?
BA
DC
?
00
01
11
10
0000
0001
0011
0010
00
Codage !
0100
0101
0111
0110
01
1100
1101
1111
1110
11
1000
1001
1011
1010
10
66Rappel Codes binaires
Changer valeur
Code binaire naturel
Code binaire réfléchi
Symétrie
67Exemple (Karnaugh)
- Rappel S /C.B B./A C./B.A
/C.B.A/C.B./A /C.B
0
0
1
1
0
1
0
1
C./B.A
/C.B./AC.B./AB./A
68Principes de base (suite)
- Les 1 des bords extrêmes sont adjacents.
- La table se referme sur elle même.
BA
DC
00
01
11
10
/C./A
1
1
0
1
00
0
0
1
0
/D.C./B.A
01
0
0
0
0
/C.B
11
1
1
0
1
10
69Exemple (Mahoney)
A
A
B
0
1
B
2
3
70Exemples de table de Mahoney
- Avec n 3
- Entrées C, B et A
- 8 cases
71Exemples de table de Mahoney
- Avec n 4
- Entrées D, C, B et A
- 16 cases
72Exemples de table de Mahoney
- Avec n 5
- Entrées E, D, C, B et A
- 32 cases
73Exemples de table de Mahoney
74Exemple (Mahoney)
0
0
1
0
1
1
0
1
TABLE DE VÉRITÉ
TABLE DE MAHONEY
75Exemple (Mahoney)
- Rappel S /C.B B./A C./B.A
C./B.A
0
0
1
0
1
1
0
1
/C.B.A/C.B./A /C.B
/C.B./AC.B./AB./A
76Exercices
2 Passer du tableau de Karnaugh à la table de
vérité. Simplifier.
1 Passer de la table de vérité au tableau de
Karnaugh. Simplifier.
3 Donner lexpression. Minimiser lexpression.
4 Donner lexpression. Minimiser lexpression.
77Exercices
5 Simplifier.
78Exercices
5 Simplifier.
/a . b . d /b . /d c
/a . b /b . c
S /a . b . d /b . /d c
S /a . b /b . c
a . /b . /c /a . b /b . d
/a . d /c . d
S /a . d /c . d d . (/a . /c)
S a . /b . /c /a . b /b . d /a . b /b .
(a . /b d )
79Exercices
a
6 Simplifier.
b
c
a
b
c
80Exercices
1 Concevoir un circuit capable dadditionner
deux bits, capable de générer leur somme S et
leur report R.
2 Concevoir un circuit de commande dun
afficheur 7 segments pour laffichage des nombres
0, 1, 2, , 9. (des états indifférents) e3 le
poids le plus important e0 le poids le plus
faible
81Les états indifférents (dont care)
- Ils sont représentés par des X
- En sortie, ils correspondent à des combinaisons
dentrées pour lesquelles la sortie na pas été
définie. - Ex. Un réservoir ne peut être à la fois vide et
plein.
82Contrôle de niveau dun réservoir
Capteur de niveau haut h 1 plein
Capteur de niveau bas b 0 vide
Sélecteur de pompe s 0 Pompe 1 s 1 Pompe 2
83Contrôle de niveau ...
- Si réservoir plein Aucune pompe en marche
- Si réservoir vide Les 2 pompes en marche
- Si réservoir ni vide, ni plein Faire fonctionner
la pompe sélectionnée par le sélecteur s .
84Contrôle de niveau ...
Réservoir vide
1 1 1 1
Réservoir à 1/2
1 0 0 1
Réservoir plein et vide ?!?
X X X X
Réservoir plein
0 0 0 0
85Contrôle de niveau ...
1
1
0
1
X
X
0
0
1
1
1
0
X
X
0
0
86Contrôle de niveau ...
Seul risque - si le capteur b est en panne (b0)
alors que le réservoir est plein... Les deux
pompes seront en marche !!!
87Contrôle de niveau ...
- Si on considère les X comme des 0.
1
1
1
0
P2
/b./h
/h.s
0
0
0
0
1
1
0
1
P1
/b./h
/h./s
0
0
0
0
88Contrôle de niveau ...
- Diagramme échelle (sécuritaire)
89Conclusion de lexemple
- Les X peuvent êtres utilisés dans des groupes
de 1 pour en augmenter la taille. - Cela implique des équations plus simples
- Du point de vue sécurité, il peut s avérer
nécessaire de considérer les X comme des
0 .
90Les états indifférents (dont care)
- En entrée, ils permettent décrire les tables de
vérité sous forme plus compacte.
91Logique combinatoirev.s. Logique
séquentielle
Les premières méthodes dautomatisation pour les
systèmes séquentiels.
92La logique combinatoire et les automatismes
- La logique combinatoire peut être utilisée pour
étudier les automatismes simples. - Lexemple qui suit montre la marche à suivre...
93Etapes de la démarche
Dénombrer tous les états possibles. Établir un
diagramme des phases. Établir un diagramme des
transitions. Construire la table de vérité du
système. Trouver les équations logiques des
actionneurs.
1
2
3
94Plateau tournant
- Cycle de fonctionnement
- poussée sur bouton m
- déverrouillage de W
- avance du vérin V, avec rotation du plateau
- verrouillage de W
- retrait de V, le plateau restant immobile.
95Plateau tournant
- La méthode utilisée repose sur le fait qu'en
logique combinatoire, une combinaison d'entrées
donne une seule combinaison de sorties.
96Plateau tournant
- Au départ, aucun capteur n'est actionné, et les
deux vérins sont au repos. - Donc
- m 0 et a 0 et b 0
- W V 0.
m a b W V
0 0 0 0 0
97Plateau tournant
- Puis, en appuyant sur m, le vérin W est déplacé.
- Donc
m 1 et a 0 et b 0
?
W 1 et V 0
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
98Plateau tournant
- Dès que le capteur a est actionné, le vérin V
provoque la rotation du plateau.
a 1 et b 0 et ce pour m 1 ou m0 (mX)
?
W 1 et V 1.
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
X 1 0 1 1
99Plateau tournant
- Si le capteur b 1, le vérin W verrouille le
plateau.
b 1 et a 1 , m X
W 0 et V 1.
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
X 1 0 1 1
X 1 1 0 1
100Plateau tournant
- Lorsque le capteur a n'est plus actionné, le
vérin V reprend sa position initiale.
a 0 et b 1 , m X
V 0 et W 0
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
X 1 0 1 1
X 1 1 0 1
X 0 1 0 0
101Plateau tournant
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
X 1 0 1 1
X 1 1 0 1
X 0 1 0 0
0 1
0 1
0 1
5 lignes représentant 8 états.
102Diagramme des phases
m a b W V
0 0 0 0 0
1 0 0 1 0
X 1 0 1 1
X 1 1 0 1
X 0 1 0 0
?La méthode utilisée repose sur le fait qu'en
logique combinatoire, une combinaison d'entrées
donne une seule combinaison de sorties.
?
?
??
?
?
103Diagramme des transitions
W,V
Démarche -chemin principal -assurer
combinatoire -chemins supp. (var. en X)
3
110
m
a
b
m
a
b
104Diagramme des transitions
Tjrs 1 combinaison de sorties pour 1 combinaison
dentrées.
m
a
b
105Plateau tournant
W m./b a./b /b.(ma)
106Plateau tournant
V a
107Plateau tournant - Réalisation
108Méthode de Huffman
Exemple où la résolution combinatoire devient
impossible.
Marche (m) et Arrêt (a) d un Moteur (C)
Mise en Marche Si (a 0 ET m 1 ) Alors (C
1) Moteur en marche Si (a 0 ET m 0 )
Alors (C 1) Mise à larrêt Si (a 1 ET m
0) Alors (C 0) Arret Si (a 0 ET m
0 ) Alors (C 0)
Huffman
109Etapes de la démarche
1
Dénombrer tous les états possibles. Établir un
diagramme des phases. Établir un diagramme des
transitions. Construire la table primitive des
états. Construire la table réduite des
états. Définir des variables
secondaires. Trouver les équations logiques
des actionneurs et des variables secondaires.
2
3
4
110Dénombrer tous les états possibles. Établir un
diagramme des phases.
111Dénombrer tous les états possibles. Établir un
diagramme de transitions.
112Construire la table primitive des états
Code binaire réfléchi
?
Etat indiff.
Etat stable (1 par ligne)
2
4
Etat transitoire (montre l évolution possible
d un état stable vers un autre)
5
3
C
2
10
C
1
3
5
11
00
00
ma
4
01
113Construire la table réduite des états
Le regroupement de lignes de la matrice primitive
doit obéir aux règles suivantes Les niveaux
logiques de la ou des sorties doivent être les
mêmes sur les lignes à regrouper. Les états
sur chacune des lignes à regrouper doivent être
les mêmes ou correspondre à un X. .Les états
sont fusionnés selon la règle ? gt 3 gt X
114Construire la table réduite des états
115Construire la table réduite des états
Introduction d une variable secondaire.
116Trouver les équations pour C
Pour remplir la table d'une sortie, il faut
mettre dans chaque case la valeur de la sortie
pour l'état stable correspondant au numéro d'état
de la case correspondante de la matrice
contractée.
m
a
x
0
0
0
1
C (mx)a
0
0
1
1
117Trouver les équations pour x
Pour remplir la table dune variable secondaire,
il faut mettre dans chaque case la valeur de la
variable secondaire pour létat stable
correspondant au numéro détat de la case
correspondante de la matrice contractée.
m
a
x
0
0
0
1
x (mx) a
0
0
1
1
118Exercice Plateau tournant (huffmann)
Aucune contrainte pour lopérateur.
119Méthodes intuitives(fondées sur la méthode de
Huffman)
Dans certains automatismes les variables
secondaires sont les sorties du système.
120Exemple
- Un moteur qui peut tourner vers la gauche
(contacteur G ) ou vers la droite (contacteur
D ). Ce moteur est commandé par trois
boutons - m et n qui sont verrouillés mécaniquement
(donc impossibles à actionner en même temps) et
qui correspondent respectivement à une rotation
à gauche et une rotation à droite - a qui est le bouton darrêt (prioritaire si
appuyé en même temps que m et n ).
121Exemple
122Exemple
Il faut deux variables intermédiaires pour
distinguer ces trois états.
Ils se différencient grâce à leur sortie.
Les Sorties seront les variables intermédiaires.
Choisissons x G et y D
123Matrice réduite des états
m
n
G
D
a
y
x
0
0
5
2
0
1
4
8
2
X
X
1
0
4
5
7
124Equations de x
x (m/a x/n/a) /y
Sécurité (pas de demande de rotation G et D)
x m/a
x x/n/a
125Equations de y
y (n/a y/m/a) /x
Sécurité (pas de demande de rotation G et D)
y n/a
y y/m/a
126Étude simplifiée des automatismes à cycles
géométriques
127Distributeur de caissettes
- Suite à lappui sur le poussoir m
- Extension du vérin H pour pousser la caissette
sur le tapis - Extension du vérin V pour soulever la caissette 2
pendant la rétraction du vérin H. - Rétraction du vérin H
- Rétraction du vérin V
128- Au départ, capteurs b et d actionnés et deux
vérins sont au repos.
129- En appuyant sur m, extension du vérin H.
130- - b 0.
- - Arrivée de H en fin de course, extension de V
131- - d 0.
- Arrivée de V en fin
- de course, rentrée de H
132- - a 0.
- - Arrivée de H en fin de course, rentrée de V
133- - c 0.
- - Fin du cycle
- ?Autres cas impossibles car Vérins entrés et
sortis en même temps.
134Distributeur de caissettes
H m.d /b.d/ca d(m/b)/ca
135Distributeur de caissettes
V a /b.c
136Cycle géométrique
Sortie actionnée
Deux capteurs actifs
Un capteur actif (associé au vérin qui ne bouge
pas)
b
V
a,c
c
c
b
H,V
a
H
d
d
d
a
b
m
137Cycle géométrique
- H (m/b).d a./c
- V ac./b
- Mise en équation directement du graphique
ci-contre.
138Système de perçage
139Système de perçage
- Variable x
- X1 sur M-N-O
- X0 sur O-N-M.
- X a X./b
- H X /h
- V X.c
140Système de transfert
141Système de transfert
- Variables X,Y,Z
- X 1 et Y 0 et Z 0
- Sur M-N
- X 1 et Y 1 et Z 0
- Sur N-M
- X 1 et Y 1 et Z 1
- Sur M-O
- X 0 et Y 1 et Z 1
- Sur O-M
- X 0 et Y 0 et Z 1
- Sur M-P
- X 0 et Y 0 et Z 0
- Sur P-M
142Système de transfert
- X c./Z X.(/c Y)
- Y a Y./b
- Z b Z./e
- W Z.c
- V V.X.(/Y./ZY.Z)
143Machine à remplir et à boucher
Identifier des cycles géométriques